一种三相远程费控智能电能表的制作方法

本实用新型涉及一种电子仪器仪表，尤其是涉及一种用于电网运行管理且具有电能采集和无线通信功能的三相费控智能电能表。

背景技术：

在电力系统中，特别是中低压配电系统中，大量非线性、冲击性负荷的使用，给电力系统的电能计量带来了挑战。而且随着工业的发展和科技的进步，企业生产技术管理对工业电能的准确计量提出了更高的要求，节能降耗是现代工业进步的主要标志之一，提高电能有效利用率，对电能质量进行综合监测和治理已成为迫切需要解决的问题。

要实现对电能质量的综合治理，就必须实现有功功率的在线分析与实时监测，以了解电能的有效利用水平，作为电力管理系统组成部分的电力监控仪表在其中起着至关重要的作用。为提高工作效能和自动化管理水平，目前RS485技术、电力线载波技术在电能表自动抄表方面得到了应用，但在具体应用中的效果并不理想，主要表现在：布线繁琐复杂，投资大，费用高，而且经常出现掉线、传输延迟现象，影响了工作效率和管理水平，由此可见，研究开发一种传输速度快、性能稳定、成本低、使用范围广的三相远程费控的智能电能表在本领域可以取得较好的经济效益。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种三相远程费控智能电能表，其具有集成度高、功能齐全、性能稳定、结构紧凑、精度高、功耗低的优点，本实用新型设置了无线通信功能，可较好地适应现代电网运行管理的要求。

为解决现有技术中的三相远程费控电能表其在实际应用中容易出现掉线、传输延迟等现象，影响了稳定性和测量精度的问题，本实用新型提供的一种三相远程费控智能电能表，包括壳体和设置在壳体内的中央处理单元、电能计量处理单元、电压采样单元、电流采样单元、LCD显示单元、RS485接口单元、GPRS无线通信单元、数据存储单元、按键接口单元和电 源单元；其中，所述电压采样单元和电流采样单元分别与电能计量处理单元连接，电能计量处理单元、LCD显示单元、RS485接口单元、GPRS无线通信单元、数据存储单元、按键接口单元分别与中央处理单元连接，电源单元分别与中央处理单元和电能计量处理单元连接以提供电力支持；

所述电压采样单元和电流采样单元分别用于监测电路中的电压和电流，并将监测到的电压和电流模拟量发送给电能计量处理单元；电能计量处理单元对电压和电流模拟量进行处理并将得到的电压和电流数字量发送给中央处理单元，中央处理单元将电压和电流数字量发送给LCD显示单元以显示电测量数据，所述电测量数据为电压和电流的数字量；

所述RS485接口单元、GPRS无线通信单元与中央处理单元之间分别建立有双向信息交换通道，中央处理单元通过RXD485和TXD485与RS485接口单元进行数据交换并通过RS485总线将电测量数据发送到主站；GPRS无线通信单元用于中央处理单元与外部设备建立无线连接以传输电测量数据和响应外部有效通信命令；数据存储单元通过I2C两线式串行总线与中央处理单元建立信息交换通道以进行数据存取，按键接口单元用于设置输入参数以完成键显功能。

进一步的，本实用新型一种三相远程费控智能电能表，其中，所述电能计量处理单元和中央处理单元之间采用SPI全双工同步通信总线方式建立连接。

进一步的，本实用新型一种三相远程费控智能电能表，其中，还包括与中央处理单元连接的红外通信单元，并在红外通信单元与中央处理单元之间建立双向信息交换通道，红外通信单元用于中央处理单元与外部智能设备或红外遥控器建立连接以进行电测量数据的传输，并响应外部有效通信命令。

进一步的，本实用新型一种三相远程费控智能电能表，其中，还包括与中央处理单元连接的脉冲测试单元，并在脉冲测试单元与中央处理单元之间建立双向信息交换通道，脉冲测试单元用于电能测试脉冲输出。

进一步的，本实用新型一种三相远程费控智能电能表，其中，还包括与中央处理单元连接的检测电路单元，所述检测电路单元用于用于检测非法开表盖操作。

进一步的，本实用新型一种三相远程费控智能电能表，其中，还包括与中央处理单元连接的多功能输出单元，所述多功能输出单元用于与外部设备建立连接以输出电测量数据。

进一步的，本实用新型一种三相远程费控智能电能表，其中，所述电压采样单元由电阻分压网路和滤波电路组成；所述电流采样单元由电流互感器、电容和电阻组成。

进一步的，本实用新型一种三相远程费控智能电能表，其中，所述各单元采用的器件参 数为：中央处理单元采用意法半导体STM32F101VE，电能计量处理单元采用炬力ATT7022，LCD显示单元液晶驱动电路采用BU97950FUV，RS485接口单元采用MAX13085，数据存储单元采用FM24CL64、FM24C256A和MX25L3208D。

本实用新型一种三相远程费控智能电能表与现有技术相比，具有以下优点：(1)本实用新型通过设置中央处理单元、电能计量处理单元、电压采样单元、电流采样单元、LCD显示单元、RS485接口单元、GPRS无线通信单元、数据存储单元、按键接口单元和电源单元，并使电压采样单元和电流采样单元分别与电能计量处理单元连接，使电能计量处理单元、LCD显示单元、RS485接口单元、GPRS无线通信单元、数据存储单元、按键接口单元分别与中央处理单元连接。在实际应用中让GPRS无线通信单元与中央处理单元之间分别建立有双向信息交换通道，使中央处理单元通过GPRS无线通信单元可以与外部设备建立无线连接以传输电测量数据和响应外部有效通信命令，实现了无线通信功能和自动抄表目的。本实用新型充分利用了GPRS无线网络中提供的无线IP，用户只需安装终端模块即可实现实时传输底层硬件所采集的数据，无需专门布线即可实现技术目的，具有投资小、费用低、收益大、抄表范围广的优势，而且在GPRS服务网络平台上构建远程网络电能表，在传输过程中不会出现掉线、传输延迟等故障，其实时性强、及时采集数据，且可以远程控制。另外由于利用的是GPRS公网平台，系统的传输量较大，传输速度也得到了增强。(2)本实用新型具有集成度高、功耗低、精度高、性能稳定，是根据电网和工业自动化管理的实际状况进行设计的，可广泛应用于电网运行管理系统，适用范围较广，实用性较强。

下面结合附图所示实施例对本实用新型一种三相远程费控智能电能表作进一步详细说明：

附图说明

图1为本实用新型一种三相远程费控智能电能表的结构示意图；

图2为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的中央处理单元的连接示意图；

图3为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的电能计量处理单元的连接示意图；

图4为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的电压采样单元的连接示意图；

图5为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的电流采样单元的连接示意图；

图6为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的LCD显示单元的连接示意图；

图7为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的RS485接口单元的连接示意图；

图8为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的GPRS无线通信单元的连接示意图；

图9为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的数据存储单元的连接示意图；

图10为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的按键接口单元的连接示意图；

图11为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的电源单元的连接示意图；

图12为本实用新型一种三相远程费控智能电能表中的红外通信单元的连接示意图。

具体实施方式

如图1至图12所示本实用新型一种三相远程费控智能电能表的具体实施方式，包括壳体和设置在壳体内的中央处理单元1、电能计量处理单元2、电压采样单元3、电流采样单元4、LCD显示单元5、RS485接口单元6、GPRS无线通信单元7、数据存储单元8、按键接口单元9和电源单元10；使电压采样单元3和电流采样单元4分别与电能计量处理单元2连接，使电能计量处理单元2、LCD显示单元5、RS485接口单元6、GPRS无线通信单元7、数据存储单元8、按键接口单元9分别与中央处理单元1连接，并使电源单元10分别与中央处理单元1和电能计量处理单元2连接以提供电力支持。

实际应用中，通过电压采样单元3和电流采样单元4分别监测电路中的电压和电流，并将监测到的电压和电流模拟量发送给电能计量处理单元2；由电能计量处理单元2对电压和电流模拟量进行处理并将得到的电压和电流数字量发送给中央处理单元1，然后由中央处理单元1将电压和电流数字量发送给LCD显示单元5以显示电测量数据。电测量数据是指电压和电流的数字量。

让RS485接口单元6、GPRS无线通信单元7与中央处理单元1之间分别建立双向信息交换通道，使中央处理单元1通过RXD485和TXD485与RS485接口单元6进行数据交换并通过RS485总线将电测量数据发送到主站；GPRS无线通信单元7用于中央处理单元1与外部设备建立无线连接以传输单测量数据和响应外部有效通信命令；让数据存储单元8通过I2C两线式串行总线与中央处理单元1建立信息交换通道以进行数据存取；按键接口单元9用于设置输入参数以完成键显功能。

通过以上设置，让GPRS无线通信单元7与中央处理单元1之间分别建立有双向信息交换通道，使中央处理单元通过GPRS无线通信单元7可以与外部设备建立无线连接以传输电测量数据和响应外部有效通信命令，实现了无线通信功能和自动抄表目的。本实用新型充分利用了GPRS无线网络中提供的无线IP，用户只需安装终端模块即可实现实时传输底层硬件所采集的数据，无需专门布线即可实现技术目的，具有投资小、费用低、收益大、抄表范围广的优势，而且在GPRS服务网络平台上构建远程网络电能表，在传输过程中不会出现掉线、传输延迟等故障，其实时性较强，能及时采集数据，且可以远程控制。由于利用的是GPRS 公网平台，系统具有较大的传输量，传输速度也得到了增强。

本实用新型在实际应用中，让电能计量处理单元2和中央处理单元1之间采用SPI全双工同步通信总线方式建立连接。

作为优化方案，本具体实施方式还设置了与中央处理单元1连接的红外通信单元11，并在红外通信单元11与中央处理单元1之间建立双向信息交换通道，通过红外通信单元11使中央处理单元1与外部智能设备或红外遥控器可以建立连接，以进行电测量数据的传输，响应外部有效通信命令。

作为优化方案，本具体实施方式还设置了与中央处理单元1连接的脉冲测试单元12，并在脉冲测试单元12与中央处理单元1之间建立双向信息交换通道，通过脉冲测试单元12可以进行电能测试脉冲输出，以增强功能和适用范围。还设置了与中央处理单元1连接的检测电路单元13，通过检测电路单元13可以检测非法开表盖操作，以增强电网运行的安全性。并设置了与中央处理单元1连接的多功能输出单元14，以便可以与更多的外部设备建立连接，完成电测量数据输出目的。

需要说明的是，本实用新型中的电压采样单元3由电阻分压网路和滤波电路组成；电流采样单元4由电流互感器、电容和电阻组成。各单元采用的器件参数为：中央处理单元1采用意法半导体STM32F101VE，电能计量处理单元2采用炬力ATT7022，LCD显示单元5液晶驱动电路采用BU97950FUV，RS485接口单元6采用MAX13085，数据存储单元8采用FM24CL64、FM24C256A和MX25L3208D。

本实用新型采用的意法半导体STM32F101VE微处理器，是基于ARM的32位微控制器，其集成度高、资源丰富；采用的电能计量处理为炬力ATT7022，是一种高精度的三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线应用，能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，能充分满足三相复费率多功能电能表的需求。所有计量参数参数都可以通过SPI接口读出。本实用新型一种三相远程费控智能电能表，具有分时、分相、分向及复费率精确计量交流组合有功、有功电能，精确计量组合无功电能及各象限无功电能，精确计量正反向最大需量及四费率最大需量的功能，可定时冻结、瞬时冻结、约定冻结多种电能数据冻结记录，具有失压、失流、编程、清零、拉合闸及开盖等多种事件记录，且能实时监测电压、电流、视在功率和功率因素等多项动态参数，并通过红外、RS485、GPRS等通信方式响应外部有效通信命令，完成对电能表数据抄读以及参数。

本实用新型一种三相远程费控智能电能表正常工作时，首先对电压、电流进行高精度取 样、放大，再经过计量芯片精密处理转化为数字信号，将获得的数据根据预先设定参数进行电能累计和最大需量处理，对数据进行储存并响应外界有效的通讯要求进行数据输出，并经过协处理器进行显示处理；电能计量处理产生的电能数据送到中央处理单元1并产生电能脉冲，中央处理单元1将电能数据存储，根据需要发送至LCD显示单元5、RS485接口单元6、GPRS无线通信单元7、红外通信接口单元11等输出设备。

以上实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型请求保护范围进行的限定，在不脱离本实用新型设计原理和精神的前提下，本领域工程技术人员依据本实用新型的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。